Single-Pair-Datenleitung, Bild: Lapp

Single-Pair-Datenleitungen punkten mit geringem Platzbedarf und niedrigen Kosten. Bild: Lapp

Daten sind der wichtigste Rohstoff des 21. Jahrhunderts und die Basis für Industrie 4.0. Ihr Wert hängt davon ab, wie schnell sie übermittelt werden und für Analysen bereitstehen. Und wie engmaschig das Netz ist, das die physische Welt mit der digitalen verbindet. Klar ist: Die Zahl der Verbindungen wächst und damit auch die Informationsmengen. Da liegt es nahe, bei der Vernetzung auf eine möglichst hohe Datenübertragungsrate zu achten. Deshalb kaufen Anwender nach dem Motto „viel hilft viel“ Leitungen, die überdimensioniert sind und zum Beispiel Übertragungsraten von zehn Gigabit pro Sekunde schaffen. Für Hochgeschwindigkeitskameras zur Qualitätskontrolle kann das sinnvoll sein, andererseits braucht nicht jeder Sensor diese maximale Datenübertragungsrate, wenn er nur ein paar Bits pro Sekunde übermittelt.

Managed und Unmanaged Switches, Bild: Lapp
Die Managed und Unmanaged Switches von Lapp komplettieren die Etherline-Netzwerklösungen. Bild: Lapp

Nach Jahren der Aufrüstung dürfte in den Fabriken ein Gegentrend einsetzen: Downsizing. Am besten ist nicht automatisch die schnellste Leitung, auch Platzbedarf und Einfachheit bei der Installation rücken ins Blickfeld – und natürlich die Kosten. Doch wo sparen? Der wichtigste Hebel ist die Zahl der Aderpaare. Statt wie üblich vier Aderpaare haben sogenannte Single-Pair-Leitungen nur noch ein Aderpaar. Von solchen abgespeckten Leitungen darf man zwar keine Rekordgeschwindigkeiten erwarten, aber ein Gigabit pro Sekunde schaffen sie auch, und das ist schnell genug für viele Anwendungen. Dafür punkten Single-Pair-Datenleitungen mit geringem Platzbedarf, geringem Installationsaufwand und niedrigen Kosten. Wenn es in einer Maschine eng zugeht, sie gleichzeitig aber mit vielen Sensoren bestückt wird, können diese Leitungen eine spürbare Erleichterung sein. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass solche abgespeckten Leitungen auch länger sein dürfen als die sonst bei Ethernet-Leitungen üblichen maximal 100 Meter. Grundsätzlich nehmen zwar bei größeren Distanzen die Störungen zu und es kann zu Datenfehlern kommen. Durch neue Entwicklungen bei Halbleiter-Chips aus der Automobilindustrie ist es aber heute möglich, viele dieser Störungen zu korrigieren und damit höhere Reichweiten von bis zu einem Kilometer zu erreichen.

Ethernet auf der Überholspur

Steckersystem Epic MH, Bild: Lapp
Das Steckersystem Epic MH lässt sich flexibel für Leitungen unterschiedlichster Funktionen bestücken und nimmt beliebige Steckermodule für Energie, Signale und Daten auf. Bild: Lapp

Industrial  Ethernet legt derzeit mit 22 Prozent pro Jahr ein rasantes Wachstum hin, Feldbussysteme wachsen nur noch mit sechs Prozent. Im Jahr 2018 hat die Zahl der installierten Industrial-Ethernet-Systeme in Fabriken erstmals die von Feldbussen überholt. Davon werden auch neue Konzepte wie Single Pair Ethernet profitieren. Derzeit sind Leitungen für Single Pair Ethernet noch nicht verfügbar, zumindest nicht für den Einsatz in der Industrie, dafür fehlen noch Standards. Um die kümmern sich neu gegründete Arbeitsgruppen. „Erste Serienprodukte für Single Pair Ethernet wird es aber in zwei bis drei Jahren geben, natürlich auch von Lapp“, verspricht Guido Ege, Leiter Produktmanagement und -entwicklung bei dem Hersteller.

Ein weiterer Trend, der auf den ersten Blick im Widerspruch zum Downsizing steht, ist die zunehmende Nachfrage nach Hybridkabeln. Dort geht es nicht darum, möglichst wenige Adern in einem Mantel unterzubringen, sondern im Gegenteil möglichst viele Leitungen zusammenzupacken. Solche Hybridleitungen, auch Ein-Kabel-Lösungen genannt, vereinen unterschiedliche Funktionen in einem Mantel, zum Beispiel Anschlussleitungen für Servoantriebe plus Feedbackleitungen zur Abfrage der Sensoren. Ein-Kabel-Lösungen sparen im Vergleich zu mehreren separaten Leitungen mit separaten Steckern viel Platz – insofern kann man auch bei ihnen von Downsizing sprechen.

Fertigkonfektionen immer beliebter

Downsizing vereinfacht die Konfektionierung und Installation von Leitungen. Lapp hat darüber hinaus weitere Ideen, um die Verarbeitung auch der normalen Ethernet-Leitungen einfacher zu machen. Ein Beispiel ist die Etherline PN Cat.6A FC mit zehn Gbit/s bei 500 MHz Bandbreite. Sie ist Fast-Connect-fähig, weil sie ohne Folienschirmung der Aderpaare auskommt, was eine schnelle und sichere Konfektion ermöglicht. Zudem ist die Leitung zertifiziert für den nordamerikanischen Markt. Dazu passt unter anderem das Epic-MH-Gigabit-Datenmodul, Bestandteil des vielseitigen modularen Rechtecksteckersystems Epic MH. Oder die robusten Etherline Access Switches zur Datenverteilung im rauen Industrieeinsatz. „Unsere Produkte sind herstellerneutral und immer auf die Anwendung zugeschnitten“, betont Guido Ege. Sorgenfrei ist der Anwender mit Fertigkonfektionen. Die Produktlinie Ölflex Connect mit Fertigkonfektionen von Servoleitungen bis zu vollbestückten Schleppkettensystemen ist entstanden, weil Kunden sich zunehmend auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren möchten.

Die Roboterhersteller profitieren ebenfalls von kompakteren Leitungen, wobei hier auch die leistungsführenden Leitungen einen Beitrag leisten müssen. Es gibt einige Stellhebel, um diese kompakter und noch robuster zu machen, damit sie die engen Biegeradien aushalten. Dabei gilt: Am Kupfer kann man nicht sparen. Die Dicke des Leiters ist durch die Anwendung vorgegeben, etwa durch den Leistungsbedarf der Servomotoren. Die sind allerdings bei Kompaktrobotern kleiner, benötigen also weniger Strom und damit Leiterquerschnitt. Ein weiterer Stellhebel ist eine größere Schlaglänge – die Litzen der Leiter werden weniger verdrillt.

Abspecken auch bei den Steckern

Die Steckverbinder werden ebenfalls kompakter. Große Roboter werden vom Schaltschrank mit einer Versorgungsleitung gesteuert, die üblicherweise in einem Industrie-Rechteckstecker im Fuß des Roboters endet, oder auch mit einem M23-Rundstecker. Von dort laufen Energie und Daten über Leitungen mit M23-Rundstecker in den Roboterarm. Für kleinere Roboter wurde dieser Standard auf das kleinere M12-Format geschrumpft. Wenn es noch kleiner sein soll, bei Robotern mit reiner Innenverkabelung etwa, sind solche Stecker nicht mehr praktikabel. Hier werden die Leitungen über kleine Steckverbinder angeschlossen, wie man sie aus der Verbindung von Leiterplatten kennt. aru